Une équipe internationale de chercheurs exhorte les physiciens et les ingénieurs à se joindre à la lutte contre la pandémie du nouveau coronavirus (COVID-19), et contribuer à la création à long terme de connaissances et de technologies pour les maladies respiratoires infectieuses en général.

Dirigé par Jiaxing Huang de la Northwestern University, l'équipe a rédigé un article de perspective publié hier (8 avril) dans la revue ACS Nano .

« Les personnels de santé publique et de santé sont en première ligne pour contenir et atténuer la propagation de cette maladie, " écrivent les chercheurs. " Bien que l'intervention des réponses biologiques et immunologiques contre l'infection virale puisse sembler loin des sciences physiques et de l'ingénierie qui travaillent généralement avec des objets inanimés, il y a en fait beaucoup qui peut et devrait être fait pour aider dans une crise mondiale comme celle-ci."

L'anxiété a déclenché l'action

L'anxiété précoce de Huang au sujet de l'épidémie initiale de coronavirus l'a inspiré à mener l'appel à l'action. Se sentant confus et impuissant, il a fait face en étudiant des manuels et de la littérature médicale sur les virus respiratoires.

"Cet exercice a généré beaucoup de questions et d'idées, et j'ai réalisé que les physiciens et les ingénieurs pouvaient faire beaucoup pour aider, " dit Huang, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern. "Après tout, avant que les virus ne soient détectés par une personne, la transmission et la propagation se produisent dans l'espace physique et dans le monde matériel."

Les premiers efforts de Huang ont motivé Haiyue Huang, un étudiant diplômé dans son laboratoire à Northwestern, se joindre à lui pour mener des lectures intensives, analyse et remue-méninges.

"Intellectuellement, ce fut une période très stimulante, " a-t-elle dit. " J'ai été étonnée par la façon dont nos intuitions physiques - et parfois des suppositions folles - peuvent se connecter avec des observations dans la littérature médicale. "

La solution reçoit une subvention NSF RAPID

Les deux ont d'abord rédigé l'appel à l'action pour les physiciens et les ingénieurs, et en a incorporé une partie dans un livre blanc à la National Science Foundation (NSF).

« La NSF est parfaitement positionnée pour rallier les physiciens et les ingénieurs pour agir sur les défis associés à une crise comme COVID-19, " dit Huang, « J'ai reçu de chaleureux encouragements de la division de la recherche sur les matériaux, et par hasard, La NSF a rapidement publié un appel à propositions via son mécanisme RAPID.

Le laboratoire de Huang a reçu une subvention RAPID, et Haiyue Huang est devenu l'un des chercheurs « essentiels » désignés travaillant sans relâche pour explorer une méthode de modulation chimique sur masque qui peut réduire l'infectiosité des gouttelettes respiratoires chargées de virus.

Établir des liens dans le monde entier

Pour valider leurs hypothèses et idées, Huang a consulté une équipe de chercheurs biomédicaux et de cliniciens de première ligne en Chine pour comprendre les problèmes qu'ils ont rencontrés dans leur bataille contre COVID-19, et de peaufiner les stratégies. Dr Xin Zheng, une ancienne du nord-ouest, et actuellement professeur et médecin à Wuhan, Chine, a rapidement répondu à l'appel de Huang. Au début de la COVID-19, elle s'était interrogée sur les caractéristiques et les comportements inattendus du virus.

"Nous étions sous une pression extrêmement élevée ces jours-ci, mais nous avons choisi de combattre ce virus, " dit Zheng. " En tant que médecins, tout le monde ici est un soldat dans cette bataille."

Zheng est le directeur du département des maladies infectieuses de l'hôpital de l'Union à Wuhan, qui est affilié à l'Université des sciences et technologies de Huazhong. Elle a déclaré que les physiciens et les ingénieurs peuvent se concentrer sur trois éléments clés :bloquer la source des virus, briser la chaîne de propagation et protéger les populations les plus vulnérables.

"Nous portons tous quotidiennement des équipements de protection individuelle, " a-t-elle ajouté. "Nous savons qu'il y a beaucoup de place pour l'amélioration de la part des physiciens et des ingénieurs."

Domaines d'opportunité

Dans l'article en perspective, les chercheurs décrivent les domaines dans lesquels les scientifiques et les ingénieurs pourraient aider :

• Insérer de nouvelles barrières le long des voies d'infection basées sur les sciences physiques et l'ingénierie ;
• « polluer » les gouttelettes respiratoires expirées avec des composés antiviraux, réduire la viabilité du virus à la source ;
• Concevoir des surfaces sensibles aux stimuli pour accélérer l'inactivation des virus déposés sur les poignées de porte, écrans tactiles, comptoirs, et d'autres zones à l'intérieur des hôpitaux et des maisons ;
• Rendre les équipements de protection individuelle (EPI) plus efficaces, y compris des lunettes qui ne s'embuent pas et des masques et des combinaisons qui ne provoquent pas de réactions allergiques ou n'accélèrent pas la fatigue des cliniciens de première ligne, qui sont déjà soumis à un stress énorme;
• Inventez des EPI intelligents avec une protection renforcée, des fonctions de communication et de suivi pour les cliniciens travaillant dans les situations les plus dangereuses;
• Développer des matériaux dégradables et des approches plus durables pour traiter les déchets d'EPI en plastique en toute sécurité ;
• Pensez au haut débit, une fabrication reconfigurable et flexible capable de gérer l'explosion de la demande de fournitures médicales essentielles ;
• Développer des systèmes de test distribués avec un délai d'exécution rapide des échantillons, et l'acquisition automatique et rapide de données pour mieux équiper les agents de santé publique et les décideurs politiques pour prendre des décisions plus rapides et plus précises ;
• Développer de nouveaux systèmes modèles pour mieux comprendre comment les virus se transmettent, se propagent et interagissent physicochimiquement avec leur environnement.

Les auteurs soulignent que les chercheurs peuvent toujours contribuer même s'ils ont peu ou pas d'expérience avec les maladies infectieuses. Ce message a résonné avec Hua-Li Nie, une autre ancienne élève du nord-ouest du groupe de Huang, et actuellement professeur agrégé à l'Université Donghua de Shanghai.

"Quand j'ai été contacté par le professeur Huang, qui est mon ancien conseiller, J'étais coincé à la maison à l'époque. » Nie a déclaré. « Mon domaine n'est pas directement lié aux maladies infectieuses. Mais j'ai été intrigué par la suggestion du professeur Huang, et a commencé à étudier les sujets. Bientôt, j'ai réalisé qu'il y avait des choses que je pouvais faire pour aider, trop. Finalement, nous avons pu nous connecter à quelques cliniciens de première ligne par l'intermédiaire d'amis de mes amis et mener des discussions significatives à distance. »

Préparation proactive

Au nord-ouest, Huang a déjà encouragé les étudiants de sa classe Conducting Polymers au cours du dernier trimestre d'hiver à réfléchir aux moyens de contribuer.

"Je veux que les élèves-ingénieurs soient proactifs et réfléchissent à ce qu'ils peuvent faire pour aider la société, " dit Huang, "Haiyue était mon assistant d'enseignement dans ce cours, elle a donc supervisé deux étudiants pour démontrer un concept de désinfection des masques faciaux par chauffage électrique à travers un revêtement polymère conducteur.

« Une crise comme la pandémie de COVID-19 transcende tous les types de frontières, " dit Huang, "J'espère voir des gens briser les limites et travailler ensemble pour créer des solutions."